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全ての固体物質は、その表面を介して周囲と反応します。 現在、様々な工業分野で、材料の極表層を制御・評価することの重要性が認知されてきています。 また、用途に応じた特別な機能を付加するための表面処理技術は、新素材を開発する技術にも利用されています。 表面の化学組成を制御・評価することは、製品の品質管理だけでなく、新素材の開発にも非常に重要な技術となっています。
英国SAI社製MiniSIMSシステムは、高速な解析が可能なだけでなく、驚異的なコストパフォーマンスを実現するために設計された、二次イオン質量分析法(SIMS)による非常にユニークなデスクトップタイプの表面分析装置です。 |
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| ◆二次イオン質量分析法 (SIMS) |
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二次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry)では、スパッタリングという呼び方で知られている現象を利用します。
スパッタリングとは、高エネルギーの一次イオンを照射して、試料の極表面から二次イオンを発生させるものです。 発生した二次イオンを質量分析計で分析することから、二次イオン質量分析法と呼ばれます。
右の動画は、ポーランドJagiellonian大学の Dr. Postawa Zbigniew によるスパッタリング工程のコンピュータ・シミュレーションの一部です。 詳細な動画をご覧になられる場合は、こちら からどうぞ。 |
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| ◆極表面の化学組成分析 |
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| ★従来のSIMSシステム |
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複雑で高価、広い設置スペースが必要で、研究用途に限定されるのが一般的でした。
また、熟練したオペレータや特別なメンテナンスが必要でした。 |
運用コストの面からも、使用機会は限られていました。
解析対象の試料は、分析機器が設置された施設に送らなければならないことが多く、解析結果が手元に届くまで数日待たなければならないこともありました。 |
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| ★MiniSIMSシステム |
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MiniSIMSシステムは非常にコンパクトに設計されていますので、デスクトップで使用することができます。
導入に必要なイニシャルコスト、メンテナンス費用、ランニングコストの面では、従来の |
SIMSシステムと比べて、優れたコストパフォーマンスを実現しています。
解析時間の高速化も実現しており、試料をセットしてから数分で解析結果が得られます。
更に、1回の解析当りの費用を軽減できるため、二次イオン質量分析法による表面検査を、日常的に行うことができるようになります。 |
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| SIMS が ハイエンドな装置 から お手軽な装置 に！ |
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| ◆豊富な機能 と 高速かつ容易な操作性 |
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MiniSIMSシステムは強力な解析モードを装備しているだけでなく、容易な操作性も実現しています。
操作の熟練度に依存することなく、装置を最大限に活用できるため、高精度かつ再現性のある解析結果が得られます。
MiniSIMSでは、表面解析に必要とされる3つの解析モードをサポートしています。 |
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| ★カミソリの刃の測定例 |
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試料が装置にローディングされた後、二次電子像を用いたイメージングを行います。 画像を見ながら、解析を行う場所を特定します。 |
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| 1.スタティックSIMS - 極表層解析 |
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極表層から二次イオンを発生させるために、高エネルギーの一次イオンが試料表面に照射されます。 |
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| 発生した二次イオンは質量分析計によって解析され、有機・無機の両物質を同定するためのスペクトルを作成します。 |
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鉄(Fe+)製の刃に、フッ化炭素(CF+)がコーティングされていることが、ピーク同定ソフトウェアとデータライブラリでわかります。
別の場所では、クロム(Cr+)が存在しています。 |
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| 2.イメージングSIMS - マッピング機能 |
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フォーカスされた一次イオンビームで試料表面をスキャンし、指定した化学組成の面内マッピングを行って、分布状況をイメージングします。 |
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| コーティングの均一性や微小部位の組成分析を行うのに有効な解析方法です。 |
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鉄(Fe+)とフッ化炭素(CF+)の、二次イオンイメージングを行います。
更に、2つのイメージを重ね合わせることにより、コーティングの均一性や範囲が明確にわかります。 |
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3.ダイナミックSIMS - 深さ方向解析
(オプション機能) |
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一次イオンビームを微小領域に集中させることにより、表層がエッチングされます。
エッチング中に表層から発生する二次イオンを解析することにより、表層下の化学組成が解析できます。 |
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| 深さ方向に解析を行うことで、薄膜の厚さや化学組成のモニタリングが可能になります。 |
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刃の先端をエッチングすることで、フッ化炭素(CF+)の下からクロム(Cr+)が現れました。
その後、イメージングSIMSで得られた画像から、クロムが刃の先端の狭い場所に存在していることがわかります。 |
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| 試料をローディングした後、全ての解析が20分以内で完了！ |
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| ◆アプリケーション例 |
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| 電子部品表面のボロンのレベルモニタリング |
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MiniSIMSによるデプスプロファイル |
表面のボロン・コンタミ分布を赤で、
ニッケル分布を緑の擬似カラーで表示 |
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ボロンの濃度が極表面で急降下
していることがわかります。 |
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| PTFEのプラズマ処理による親水性表面改質 |
プラズマ温度、圧力、保管時間等の諸条件を変え、100以上の
試料を高スループットで分析、親水性に寄与する元素を解明 |
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| アプリケーション例 のページは こちら |
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| ◆特長 |
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| ◇ |
最表面の数原子層を解析可能 |
| ◇ |
軽元素の分析 |
| ◇ |
イメージング／デプスプロファイルが可能 |
| ◇ |
有機・無機の構造を明確に識別 |
| ◇ |
従来の高解析SIMSのためのスクリーニング用として高速で使用可能 |
| ◇ |
デスクトップタイプ |
| ◇ |
高スループットによる高い生産性 |
| ◇ |
ハイコストパフォーマンス |
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| ◆主要アプリケーション |
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| ◇ |
表面処理／コーティング |
| ・電子部品 |
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・半導体 |
| ◇ |
電極／センサー |
| ・潤滑剤 |
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・触媒 |
| ・粘着剤 |
・薄膜 |
| ◇ |
包装材 |
| ・腐食の研究 |
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・学生実験 |
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